粗粒化處理的材料優(yōu)選

孫婉婷（東北石油大學，黑龍江大慶 163318）

粗粒化處理的材料優(yōu)選

孫婉婷
（東北石油大學，黑龍江大慶 163318）

國內各大油田經過多年的開采開發(fā)，均已經進入“三高階段”。過高的油田綜合含水率打破了采出水與回注水量的平衡。因此，研究出一種新型的高效率污水處理工藝，適應現場實際生產需要，達到高效率、節(jié)能降耗的目的十分重要。研究的是近些年來出現的一種污水處理技術，粗粒化技術。通過粗粒化處理使小油滴聚結成較大的油粒，提高了油在水中的上浮速度，使得除油設施的整體除油效率大幅提高。分析了粗粒化技術的作用機理，進行了聚結材料的優(yōu)選實驗，確定出實驗條件下具有較好處理效果的粗粒化材料。

粗粒化；油滴聚并；油水分離效率

在國內，各大油田均已進入高含水、高采油速度和高采出階段。由于油田區(qū)塊分布復雜且不同區(qū)塊采出液的物性不盡相同，環(huán)境保護的要求逐年升高，這些因素都使得對油田污水處理設備的要求不斷提高［1］。因此尋找先進有效的處理工藝、提高污水處理率成為解決油田含油污水處理問題的關鍵。

粗粒化技術是近年來研究的一種處理含油污水的工藝。在粗粒化材料的作用下含油污水中的小油滴聚結成較大的油粒，進而在浮力等作用力的作用下脫離粗粒化材料并利用油水比重迅速上浮，達到油水分離的目的［2］。

選擇何種粗粒化材料是決定含油污水處理效果的關鍵。本文對各種粗粒化材料以及油田常用的粗粒化材料進行了解和介紹。通過室內實驗的方法，確定在特定實驗條件下具有較好聚結和分離效果的粗粒化材料。

1　粗粒化材料的作用原理及分類

粗粒化法又稱聚結法，其定義是指利用一種或幾種方法復合的方式，將流體中不相溶的分散相顆粒由小變大的過程。由于油、水對粗粒化材料的親和力不同，因此當含油污水通過裝有粗粒化材料的處理裝置時，小油滴會滯留于粗粒化材料表面和空隙內，形成油膜，當油膜的厚度增大到一定程度時，便會在浮力、曳力等水力作用下脫離粗粒化材料表面并逐漸聚結成較大的油粒［3］。

現有常見的粗粒化材料從形狀上分可分為粒狀、纖維狀和板狀；從材質上可分為人造材料和天然礦石兩大類，其中天然礦石具體有石英砂、蛇紋石和無煙煤，人造材料具體有聚丙 烯塑料球、陶粒等；從材料裝填方式上分，粗粒化填料又可分為規(guī)整填料和散堆填料［4］。

在國內的油田生產中，粗粒化裝置常采用粒狀材料作為填料，具體為陶粒濾料、無煙煤濾料、核桃殼濾料、纖維球濾料和石英砂濾料［5］。

2　粗粒化材料的優(yōu)選

污水處理效果好的粒狀的粗粒化材料應具有良好的耐油性能，不能被油溶漲或溶解，同時又要具有一定的機械強度，不易磨損和板結，清洗方便［6］。此外，還需考慮其是否有充足的來源，價格是否便宜，加工、運輸是否方便。

通過調研油田常用的幾種處理含油污水的粗粒化材料，考慮每種材料的經濟性及其來源是否廣泛等，選擇核桃殼、石英砂這兩種材料進行室內優(yōu)選試驗。由于粗粒化技術不是單一作用的油水分離技術而是一種提高除油效率的方法，即粗粒化處理含油污水是在已有的油水分離器前加上粗粒化裝置，以此大幅提高后續(xù)油水分離設備的除油效率［7］。對于本文所進行的實驗，后續(xù)設備選擇的是聚并等流型分離器。

2.1粗粒化材料優(yōu)選實驗步驟

實驗流程在室內進行，實驗介質采用白油和清水。油和水在螺桿泵的作用下從儲液罐流出，在輸出管路中進行混合，充分混合后的油水混合物首先進入套管與粗粒化材料充分接觸，隨后再進入裝有粗粒化材料的聚并等流分離器中心管進行分離。實驗操作后被分離以和未被分離的液體通過各自的管路再回到儲液罐中，形成完整的循環(huán)系統(tǒng)。實驗裝置見圖1。

具體操作流程如下：

（1）依次打開閥門，套管上輸出管路的閥門及螺桿泵；

（2）調節(jié)儲油罐、儲水罐閥門的開度，待穩(wěn)定后，利用密度法測量油水混合物在進入套管時的含水率，使其達到實驗要求；

（3）調節(jié)油水分離器出口處的閥門，測量采出液體的含水率；

（4）調節(jié)進液量，使得油水混合物在進入套管時達到實驗要求含水率，重復步驟2）、3）；

（5）更換沉降杯中的濾料，重復步驟2）～4）；

（6）實驗結束，停泵，關閉電源。

圖1　粗粒化材料優(yōu)選實驗裝置圖

2.2實驗分析及結論

分別對沉降杯中裝有石英砂、核桃殼濾料的分離器進行含水率為70%、80%、90%、95%、和的油水分離室內實驗。

調節(jié)進液量，測量在不同含水率下經過裝有核桃殼和石英砂濾料的油水分離器處理后，液體中的含水率，含水率值越大，則表明油水分離效果越好，即該材料的粗粒化效果越好。實驗結果如圖2～5所示。

圖2　含水率70%時，核桃殼、石英砂分離器單杯液面下降速度與處理后含水率關系圖

圖3　含水率80%時，核桃殼、石英砂分離器單杯液面下降速度與處理后含水率關系圖

從圖2，3中可得，在不同含水率條件下石英砂、核桃殼材料的油水分離效果變化趨勢大體相同。在單杯液面下降速度較低時，處理后液體的含水率大致相同。隨著單杯液面下降速度逐漸增大，經過裝有石英砂材料的分離器處理后的液體比經過裝有核桃殼材料的分離器處理后的液體含水率高，即較多的油被分離出去，分離效果好。因此，實驗條件下石英砂的分離效果要優(yōu)于核桃殼。

分析認為，石英砂、核桃殼填料處理含油污水效果不同是因為：石英砂的粒徑較核桃殼小且均勻，可以緊密堆積形成大量空隙，因此當含油污水通過時，溶液中的小油滴相互碰撞聚結的機會更多，更易在表面附著形成大粒徑的油滴。因此，石英砂較核桃殼的粗粒化作用效果更好，含油污水處理能力更佳。

圖4　含水率90%時，核桃殼、石英砂分離器單杯液面下降速度與處理后含水率關系圖

圖5　含水率95%時，核桃殼、石英砂分離器單杯液面下降速度與處理后含水率關系圖

所以，經室內優(yōu)選實驗，最終確定石英砂為實驗條件下含油污水處理效果較好粗粒化材料。

［1］ 魏敏.油田采油污水處理技術及面臨的問題［J］.山東化工，2007（5）：19～22.

［2］ 陳李斌.國外油田含油污水處理技術現狀與發(fā)展［J］.中國石油和化工，2005（3）：38-40.

［3］ 劉亞莉，吳山東，戚俊清.聚結材料對油品脫水的影響［J］.化工進展，2006（25）.

［4］ Michelet J F，Sangesland S.Downhole separation of oil and water［C］. In the Underwater Technology Conference Bergen，Norway.

［5］ MORVIN E Yost.Coalescence of water and oleophilic liquid dispersions by passage through a bed of anion exchange resin［P］.United States Patent：3，800，944，1974-04-02.

［6］ 顧大明，王吟，宋中健.粗粒化聚井法油水分離技術［J］.哈爾濱建筑大學學報，2005，35（2）：65-67.

［7］ 孫娜，林波，李風琴，等.水處理填料的研究進展［J］.江西化工，2005（4）：59-60.

Material Selection for Coalescence Treatment

Sun Wan-ting

After years of development，major oil fields in China has entered the “three stage”.With moisture content increased，the balance of water and the reinjection water is broken.Therefore，it is very important that developed a new type of high efficiency sewage treatment process，to adapt to the actual needs of production，achieve high efficiency，saving energy and reducing consumption. This subject，the research coalescence technology is a kind of wastewater treatment technology.Through the coalescence processing the size of little oil droplets become large，and so the oil droplets floating velocity becomes large，thus greatly improve subsequent addition to the oil facilities in the oil removal efficiency.Studies the coalescence technology，the optimization experiment of the material was done，and the coalescence materials with good treatment effect were determined.

coalescence；oil droplets coalescence；oil-water separation efficiency

X703

B

1003-6490（2016）05-0080-02